Le projet « Jour après jour » : s'approprier le ciel

Mesdames et messieurs, figurez-vous qu’aujourd’hui, pour produire de l’électricité, on installe directement des centrales dans le ciel, grâce à l’énergie solaire ! Et il ne s’agit pas seulement de les installer : l’électricité est même transmise sans fil ! Cela ressemble un peu à un scénario de film de science-fiction, n’est-ce pas ? Eh bien, la Chine a bel et bien mis ce projet en œuvre ! Récemment, notre système de transmission d’électricité sans fil a été testé avec succès : un drone se recharge tout en volant, ce qui évite d’avoir à le brancher ou à le faire atterrir, et lui permet de rester en vol grâce aux micro-ondes transmises. Bien sûr, ce n’est qu’un début, et le chemin à parcourir pour les centrales solaires spatiales est encore long. Ce projet s’appelle « Projet Sun Chaser » (à la poursuite du soleil) ; ça sonne plutôt romantique, non ? Alors, pourquoi nous lançons-nous dans ce « projet de poursuite du soleil » depuis la surface de la Terre ? Parce que le principal problème de l’énergie solaire terrestre est son caractère intermittent : elle ne permet pas de produire de l’électricité la nuit ou par temps nuageux ou pluvieux. Quoi ? Vous demandez pourquoi nous nous y attelons quand même ? Parce que les technologies de stockage d’énergie ne font que résoudre le problème de l’absorption par le réseau électrique, sans pour autant améliorer le taux d’utilisation des panneaux photovoltaïques. C’est pourquoi des scientifiques ingénieux ont imaginé un moyen de capter directement l’énergie solaire depuis l’espace. Les avantages sont évidents : premièrement, sans l’interférence de l’atmosphère, la densité énergétique est élevée. Alors que la Terre ne reçoit qu’environ 136 watts par mètre carré, dans l’espace, ce chiffre atteint 1 360 watts, voire plus. Deuxièmement, la centrale est déployée sur une orbite géosynchrone à 36 000 kilomètres d’altitude. À une telle distance, l’ombre de la Terre ne peut pratiquement pas la bloquer, ce qui permet de produire de l’électricité plus de 99 % du temps. D’un point de vue physique, ce projet est donc sans aucun doute rentable. Cependant, c’est plus facile à dire qu’à faire. Le projet « Chujri » repose sur quatre volets technologiques essentiels : la collecte, la conversion, la transmission et la réception. Chacun de ces volets nécessite de surmonter d’énormes défis techniques. Tout d’abord, comment « collecter » l’énergie ? L’espace ne tolère pas la poussière ; il est impossible d’utiliser du béton armé pour construire une centrale, et les dispositifs de concentration doivent donc être légers. C’est ainsi que les scientifiques chinois ont proposé l’architecture Omega, c’est-à-dire « Orb-shaped membrane energy gathering array » (réseau sphérique de collecte d’énergie à membrane). En termes simples, il s’agit d’un immense miroir concentrateur sphérique ultra-léger qui concentre la lumière du soleil sur une ligne située près du centre de la sphère. Cette conception est plus simple et plus pratique que l’architecture américaine Alpha. Les États-Unis ont commencé à réfléchir à la production d’électricité dans l’espace dès 1968, mais après évaluation, ils ont jugé le projet trop difficile et trop coûteux, et l’ont donc mis en veilleuse. Ce n’est qu’en 2011 que la NASA a remis le projet à l’ordre du jour sous le nom d’« Alpha ». Il s’agit d’un système gigantesque et sophistiqué, composé de plusieurs dizaines de milliers de miroirs orientés vers le soleil et dont l’angle est constamment ajusté avec précision, alliant à l’extrême légèreté et modularité. On imagine toutefois aisément la complexité de la coordination algorithmique requise. Le gouvernement américain n’ayant pas alloué de fonds considérables à la NASA, la mise en œuvre du projet avance péniblement et en est restée au stade de la modélisation informatique et des tests de puces électroniques, n’ayant même pas progressé autant que le projet SSPP du California Institute of Technology. La Chine, quant à elle, s’est lancée relativement tard, n’entamant ses recherches qu’au XXIe siècle, mais elle est aujourd’hui parvenue à mettre en place un système complet au sol fonctionnant en boucle fermée. Outre la détermination stratégique et le soutien financier de l’État en faveur du développement des énergies nouvelles, la raison principale réside dans une approche innovante qui sort des sentiers battus. Au lieu de se lancer dans des systèmes de miroirs pivotants – dont le contrôle logiciel dynamique s’avère trop complexe –, nous avons opté pour un concentrateur sphérique fixe. Il n’est pas nécessaire d’ajuster son orientation : quel que soit l’angle d’incidence des rayons solaires sur la sphère, ceux-ci se concentrent naturellement sur une ligne située près du centre de la sphère. Il suffit alors d’y installer un rail d’absorption d’énergie à mouvement mécanique. Nous avons ainsi simplifié les problèmes d’algorithmes logiciels, qui donnaient bien du fil à retordre, en les transformant en problèmes de matériel et d’ingénierie électromécanique, domaines dans lesquels nous excellons. C’est précisément grâce à cette approche pragmatique, propre à l’esprit d’ingénieur, que nous avons été les premiers à mener à bien les tests au sol de la phase 1.0, appelée « liaison complète à point fixe », ainsi que ceux de la phase 2.0, portant sur les objectifs multiples dynamiques. En termes de construction physique et de technologie, nous avons une longueur d’avance sur nos concurrents. Une fois la lumière solaire captée, la deuxième étape consiste à la « transformer ». De l’espace jusqu’au sol, la lumière subit plusieurs conversions : lumière en électricité, électricité en ondes, ondes en électricité. La difficulté réside dans l’efficacité globale de la transmission sans fil sur l’ensemble du trajet et dans la réduction des pertes. Le projet « Chujri » utilise un semi-conducteur de troisième génération, le nitrure de gallium, pour fabriquer l’amplificateur de puissance à semi-conducteurs de l’émetteur spatial. Sa faible résistance permet de réduire la chaleur dissipée. Du côté de la réception au sol, les diodes redresseurs à commutation rapide permettent de capter avec précision les oscillations micro-ondes et de reconvertir une plus grande partie de celles-ci en énergie électrique. L’une des avancées majeures que j’ai mentionnées au début consiste à avoir réussi à transmettre sans fil de l’énergie par micro-ondes de l’ordre du kilowatt simultanément vers plusieurs cibles mobiles situées à une distance de l’ordre de 100 mètres. L’efficacité de transmission sur l’ensemble de la chaîne, du courant continu au courant continu, a été considérablement améliorée pour atteindre 20,8 %, ce qui signifie qu’un cinquième de l’énergie électrique d’origine peut être transmis avec succès et reconverti en électricité utilisable. Ce résultat se situe au plus haut niveau international. La quatrième étape est celle de la « transmission », qui consiste à envoyer des micro-ondes depuis une distance de 36 000 kilomètres. Comment garantir que ces micro-ondes atteignent la station de réception au sol ? La méthode repose sur une communication bidirectionnelle : un signal de guidage est d’abord émis depuis le sol vers l’espace, ce qui permet à la station spatiale de calculer en temps réel la position de la station de réception. L’émetteur utilise alors une antenne à réseau phasé active : comme si d’innombrables micro-émetteurs ajustaient leur temps d’émission en fonction du retour d’information provenant du sol, afin que les innombrables micro-ondes se concentrent dans une direction spécifique, générant ainsi une énergie maximale et frappant avec précision la station de réception au sol. Le rendement de collecte du faisceau atteint désormais 88 %. La dernière étape consiste à « capter » : à l’avenir, des supercomplexes composés de réseaux d’antennes pourraient être déployés au sol pour capter les micro-ondes, les reconvertir en énergie électrique, puis les redresser, les onduleur et les injecter dans le réseau. Bien qu’il s’agisse là d’une perspective lointaine, je me suis soudain rendu compte que de nombreux internautes plaisantaient en disant que le domaine de recherche de notre directeur Zhang relevait de l’histoire du futur, et c’est effectivement le cas. Il évoque souvent le lien entre l’ordre politique et l’utilisation de l’énergie : par exemple, le Royaume-Uni et les États-Unis ont connu leur essor grâce au charbon et au pétrole, tandis que la Chine opère aujourd’hui une transition sans précédent vers les énergies nouvelles. En réalité, l’anthropologue Leslie White et l’astronome Kardashev ont tous deux exprimé une idée similaire : l’évolution d’une civilisation ou son niveau d’avancement ne dépend pas de sa culture, de sa politique ou de son niveau moral, mais de la quantité d’énergie disponible par habitant. D’un point de vue technique, la civilisation humaine est un jeu d’évolution consistant à augmenter sans cesse la densité énergétique afin de soutenir des organisations sociales de plus grande envergure et d’une complexité accrue. Le scientifique Carl Sagan a un jour estimé que le score de la civilisation humaine se situait aux alentours de 0,7, ce qui la classe dans la catégorie des civilisations de type zéro, liées à leur étoile mère, qui ne peuvent qu’attendre passivement que la lumière du soleil traverse l’atmosphère, s’atténue avant d’atteindre la surface, puis soit exploitée. L’essence même du projet « Vers le Soleil » consiste à tenter de briser les frontières de la planète, à aller activement dans l’espace pour capter l’énergie stellaire, et à franchir ainsi le cap vers une civilisation de type I à l’échelle planétaire. J’espère que ce sont les scientifiques et les ingénieurs chinois qui mèneront l’humanité vers cette avancée.